第1部分 Java基礎

第1章 Java初體驗

1.1 Java概述

本節帶領大家了解Java的基本知識、運行原理、體系結構、Java的用途，以及如何使用Java進行編程。

1.1.1 什么是Java

眾所周知，IT是一個高速發展、技術更迭日新月異的行業。隨著編程技術的不斷發展、更新，越來越多的編程語言層出不窮，令大家不知如何選擇。面對種類繁多的編程語言，零基礎的初學者究竟應該選擇哪種編程語言來入門呢？掌握哪門編程語言能夠更好地應對IT技術日益革新、多態化發展的大趨勢呢？綜合以上思路，這門語言應該具備以下特質：

●容易上手；

●適用于多平臺，多行業；

●發展穩定；

●開發需求量大。

什么語言這么強大，可以滿足這些要求呢？沒錯，就是Java。Java是由Sun（Stanford University Network）公司于1995年5月23日正式推出的一套計算機高級編程語言，它擁有20多年的發展歷史，這足以表明Java很穩定。

Java適用于多個領域，從早期的終端設備到現在流行的電商、桌面管理軟件、機頂盒設備、車載導航、安卓移動端等，涵蓋面非常之廣，并且可以做到跨平臺，無論是Windows系統、Linux系統，還是Mac OS系統，都可以運行Java程序。

多年以來，Java始終在編程語言排行榜中名列前茅（見圖1-1），是全球范圍內使用人數最多的編程語言之一。同時，市場對Java開發工程師的需求量也很大，在各大招聘網站上，Java相關崗位的招聘信息非常多。

圖1-1

Java是面向對象的編程語言，面向對象是一種易理解、上手快的編程思想，同時Java提供了功能非常強大的系統類庫，多種多樣的工具類任你使用，開發者只需要關注業務邏輯，然后根據具體需求去調用這些工具類即可，底層的具體實現不需要關注。因此，相比于C++這種偏向底層的高級編程語言，Java更容易上手。

Java語言具備如下特點。

1．簡潔高效

Java語言非常簡潔，相比于C++中頭文件、指針等各種抽象的概念，Java更好理解、便于上手，同時還提供了功能強大的系統類庫，使開發變得更加簡潔高效。

2．跨平臺

程序在不同平臺的兼容性問題一直困擾著開發者，如果我們開發的程序能夠無障礙地同時運行在Windows、Mac OS和Linux系統中，那是多么美妙的一件事。Java就幫我們實現了這個美好的愿望，一套代碼可以在多種平臺上運行。

3．面向對象

面向對象是一種編程思想，這種編程思想的誕生，對于軟件工程有著劃時代的意義。開發者告別了面向過程開發的煩瑣步驟，從一個新的維度重新解讀編程這件事，極大地提升了軟件開發效率和能力，Java就是這樣一種面向對象的高級編程語言。

4．分布式計算

Java提供了一套網絡操作類庫，很適合開發分布式計算的程序，開發者可以通過調用類庫進行網絡程序開發，實現分布式特性。

5．健壯性

Java提供了非常強大的排錯機制，在程序編譯階段就可以檢測出程序中的錯誤，無需等到運行時才暴露出存在的問題。同時在運行階段會再一次進行相應的檢查，多種手段保證了程序的穩定性和健壯性。

6．可處理多線程

線程是進程的基本單位，是程序開發中必不可少的一種基礎資料，Java提供了良好的多線程處理機制，使程序具備更為優秀的交互性。

好了，聽完了這些，你是不是已經迫不及待地想要開始學習Java了呢？別著急，我們說過，學習新技術，首先應該了解它是什么？其次要了解它能干什么，接下來，我們就來一起看看Java有哪些方面的實際應用。

在全球范圍內，選擇Java作為后臺開發語言的公司數不勝數，比較知名的國外互聯網公司包括Google、YouTube、Amazon、Twitter等，國內的知名公司有阿里、騰訊、百度、新浪、搜狐等。尤其是在電商領域，大部分公司都在使用Java，包括天貓、京東、蘇寧易購、當當、美團等，這么多知名企業都選擇Java作為開發語言，你還在猶豫什么呢？

1.1.2 Java的運行機制

簡單來講，Java開發可分為3步：

●在后綴為.java的文件中編寫Java程序，此文件稱之為Java源文件；

●通過編譯器將源文件編譯為后綴為.class的字節碼文件；

●計算機讀取字節碼文件運行程序。

運行原理如圖1-2所示。

圖1-2

我們可以這樣理解，Java源文件是開發者編寫的，以開發者自己能看懂的方式去編寫代碼，但是計算機無法直接識別編寫好的程序，因為計算機只能識別二進制的數據，相當于兩者語言不通，要進行交流就必須有翻譯，編譯器就是這個翻譯，它可以將開發者編寫的程序翻譯成計算機能識別的二進制數據，即將Java源文件編譯為字節碼文件，這樣一來計算機就可以運行程序了。

Java程序并不是運行在計算機底層的，Java擁有自己的虛擬計算機，這個虛擬的計算機有自己的內存，有自己的磁盤，我們把它叫作Java虛擬機（Java Virtual Machine，JVM）。所有的Java程序都是運行在JVM上的，正是因為有了JVM這樣一種機制，Java程序才能做到跨平臺，不同的操作系統只要可以安裝JVM，就可以運行Java程序。JVM可以將不同操作系統的底層運行機制進行屏蔽，讀取與平臺無關的字節碼文件，由Java解釋器將JVM的程序運行在不同的平臺上。編譯好的字節碼文件只需要識別JVM，而不需要關心更底層的操作系統，由JVM去適應并識別不同的操作系統，如圖1-3所示。

圖1-3

舉一個生活中的例子，一個中國商人，需要同時跟來自美國、意大利和德國的3個客戶洽談合作，但是中國商人只會說漢語，所以他高價雇傭了一個同時精通英語、意大利語、德語的高級翻譯，幫他把漢語分別翻譯給來自美國、意大利和德國的客戶，這樣就可以無障礙地溝通并完成合作了。

在這個例子中，中國商人相當于Java源程序，高級翻譯相當于JVM，而來自美國、意大利、德國的客戶相當于不同的操作系統。

1.1.3 Java三大體系

Java語言后來衍生出3個體系分支，分別是J2SE、J2ME、J2EE。

J2SE（Java2 Platform Standard Edition）定義了Java的核心類庫，包含了各種常用組件，是Java開發的基礎。

J2ME（Java2 Platform Micro Edition）是基于J2SE衍生出的專用于移動設備的開發組件，如手機、機頂盒、車載導航等。

J2EE（Java2 Platform Enterprise Edition）是基于J2SE擴展出的企業級開發組件，提供了Java Web相關的開發組件，如Servlet、JSP等，是Java開發的主流技術。

2005年之后，三大體系被重新命名，其中J2SE更名為Java SE，J2ME更名為Java ME，J2EE更名為Java EE。在三大體系中，Java SE是核心，Java ME和Java EE是在Java SE的基礎上發展起來的，如圖1-4所示。

圖1-4

1.2 搭建Java開發環境

上一節我們學習了Java的基本概念，了解了Java的運行原理。Java程序必須依賴于JVM才能運行，所以開發Java程序的第一步就是在計算機上安裝Java環境，本節就帶大家一起來安裝和配置Java環境。

1.2.1 安裝配置Java10

Java經歷了這么多年的發展，最新的版本是Java10（作者在編寫本書時的最新版），我們就以Java10為例，給大家演示如何安裝和配置Java環境。首先我們需要了解什么是Java環境，有兩個重要的概念我們需要掌握——JRE和JDK。

JRE（Java Runtime Environment）是Java的運行環境，包括JVM和Java基礎類庫，一臺計算機要運行Java程序，就必須有JRE。

JDK（Java Development Kit）是Java開發包，它包含JRE和編譯Java源文件的編譯器，我們要在一臺計算機上進行Java程序開發，就必須安裝JDK。

由此可知，JRE是Java程序運行環境，JDK是Java程序開發環境，而JDK包含了JRE，我們只需要安裝JDK即可。

1．下載JDK

（1）打開Java官方網站，選擇“JDK Download”下載JDK10.0.2（作者在編寫本書時的最新版），如圖1-5所示。

圖1-5

（2）在打開的新網頁選中“Accept License Agreement”選項，如圖1-6所示。

圖1-6

（3）根據你的操作系統選擇對應的JDK安裝文件，這里我們選擇Windows系統下的JDK，如圖1-7所示。

圖1-7

（4）下載好的安裝文件如圖1-8所示。

圖1-8

2．安裝JDK

（1）找到JDK安裝文件，雙擊鼠標左鍵運行該文件。

（2）一直單擊“下一步”按鈕，全部選擇“默認”即可。

3．配置環境變量

（1）配置path環境變量使計算機在運行程序時可以找到Java程序的路徑。

（2）配置classth可以設置class文件的路徑信息。

配置環境變量的具體步驟如下所示。

（1）找到自己安裝Java的路徑，復制下來留著下一步備用，如圖1-9所示。

圖1-9

（2）計算機→屬性→高級系統設置→高級→環境變量→系統變量，點擊“新建”，為變量起名“JAVA_HOME”，變量值設置為上一步復制的路徑，如圖1-10所示。

圖1-10

（3）在Path路徑的開頭添加“%JAVA_HOME%\bin;”，如圖1-11所示。

圖1-11

4．檢測是否安裝成功

（1）按Windows +R組合鍵，輸入cmd，單擊“確定”按鈕打開終端，如圖1-12所示。

圖1-12

（2）在終端輸入“javac”以及“java”，如果安裝成功就可以看到如圖1-13和圖1-14所示的信息。

圖1-13

圖1-14

（3）若出現“javac/java不是內部命令”字樣，則表示環境配置失敗，需要重新配置。

（4）輸入“java -version”，可以查看Java的版本信息，如圖1-15所示。

圖1-15

1.2.2 Java程序開發步驟

想必讀到這里，大家都已經成功地配置好了Java環境，準備工作就緒，接下來我們就可以正式開始寫代碼了。

我們的第一個Java程序是輸出“Hello World”。在D盤新建一個文件夾，命名為java，進入java文件夾，新建一個名為HelloWorld.java的文件，這就是Java源文件。接下來，用記事本或者其他編輯器打開文件來編寫代碼，如代碼1-1所示。

代碼1-1

public class HelloWorld{
   public static void main(String[] args) {
      System.out.println("Hello World");
   }
}

我們之前介紹過，Java程序開發分三步：第一步編寫，第二步編譯，第三步運行。代碼1-1編寫完成之后，我們需要進行第二步：編譯。

（1）打開CMD終端（按Windows+R組合鍵，然后輸入“cmd”），用“d:”命令進入計算機的D盤，然后通過cd命令進入Java程序所在的文件夾，如圖1-16所示，HelloWorld.java保存在D盤的java文件夾中。

圖1-16

（2）如圖1-17所示，使用javac HelloWorld.java命令編譯HelloWorld.java文件。

圖1-17

（3）如圖1-18所示，在編譯成功后，會看到D:/java文件夾中自動生成了一個HelloWorld.class文件，該文件就是我們之前提到的字節碼文件，JVM就是通過讀取這個文件來運行程序的。

圖1-18

（4）如圖1-19所示，使用java HelloWorld命令來運行Java程序，計算機打印輸出了“HelloWorld”字符串。

圖1-19

成功！這里對代碼進行簡單的說明，public static void main(String[] args)是程序的入口，我們希望計算機執行的代碼都寫在這里，大家可以先這樣理解，后面我們會詳細講解main方法。

注意事項：

●編譯程序的命令是javac；

●運行程序的命令是java；

●編寫代碼時注意字母的大小寫，Java程序對大小寫敏感。

1.3 小結

作為本書的開篇內容，本章首先為大家介紹了Java的基本運行原理、體系結構以及Java能開發哪些應用程序，讓初學者對Java有一個基本的認識和概念。介紹完Java的基本概念，接下來為大家講解如何安裝配置Java環境，第一步安裝JDK，第二步配置環境變量，完成之后就可以在計算機上開發Java程序了。Java程序開發共分為3個步驟：第一步編寫Java源代碼，第二步將Java源代碼編譯成JVM能識別的字節碼文件，第三步計算機讀取字節碼文件并運行程序。

我們在學習一個新知識的時候，首先是要了解它是什么，它能做什么，然后才是怎么使用。本章對這3個問題做了詳細解答，為后續的深入學習做好了鋪墊。